为增强活性与靶向范围而工程化的 Un1Cas12f1，用于多位点基因组编辑

更小的修复 DNA 工具

像 CRISPR 这样的基因编辑工具已经在重塑医学与生物学，但许多最强大的版本体积太大，无法装入用于患者体内输送的微小载体。本研究介绍了一种经工程化的超紧凑型 CRISPR 酶，称为 evoCas12f，它小到能适配常用的基因治疗载体，同时在纠正多种致病突变并在多个位点同时改写 DNA 时具备足够的效率与精确性。

基因编辑为何在意体积

大多数现有的 CRISPR 工具依赖体积较大的蛋白质，这些蛋白在装入腺相关病毒（AAV）——最广泛使用的基因治疗载体——时常常捉襟见肘。Cas12f 家族的更小型酶看起来很有前景，因为它们更容易被包装，但天然形式下它们在人类细胞中表现不佳，且只能在与非常特定的短序列相邻的位置切割 DNA。这些限制意味着我们基因组中许多与疾病相关的位点实际上无法触及，从而限制了微型 CRISPR 系统的医学应用潜力。

设计更灵活的 DNA 切割器

研究人员通过系统性突变一种名为 Un1Cas12f1 的紧凑酶的 DNA 结合表面并在细菌中筛选数千个变体来解决这一问题。只有那些能识别更广泛短 DNA 标记（称为 PAM）组合的变体才能使细胞存活。随后在人体细胞中对最有前景的候选者进行了测试。通过组合五处有益突变，团队创造了 evoCas12f，能够识别比原始酶更为宽松的 PAM 模式。因此，人类基因组中潜在的切割位点大约增加了 13 倍，可用位点之间的平均距离缩短到仅两个碱基。

更强的性能与更广的覆盖

除了扩大其靶向范围外，evoCas12f 的 DNA 切割效率也大幅提升。在数十个测试位点上，与原始酶相比其活性平均提高了约十二倍，编辑水平最高可达 91%。其性能可与甚至超越一些经过工程化的更大型 CRISPR 蛋白，同时仍保持便于递送的紧凑体积。在小鼠中，将 evoCas12f 与单一向导 RNA 注入早期胚胎可高效破坏色素基因酪氨酸酶（tyrosinase），迅速产生近乎均一的 F0 白化动物，展示了其在单代内构建疾病模型的能力。

将切割器变为精确的“铅笔”

切割 DNA 只是编辑基因的手段之一。研究团队还将 evoCas12f 转换为碱基编辑器，能在不切断 DNA 链的情况下替换单个碱基。与直接将酶与脱氨酶蛋白融合不同，他们采用了一种基于 RNA 的对接系统，使两者仅在结合到目标位点时被招募到一起。这一策略在保留酶结构的同时缩小了可发生变化的区域。由此得到的腺嘌呤和胞嘧啶碱基编辑器保持了狭窄的编辑窗口，但即便在新可及的 PAM 序列上也能稳定工作。在四种人类遗传病的细胞模型中，这些工具以约 25–35% 的效率纠正了有害突变。

微调控制与安全性

为进一步展示多功能性，研究人员构建了基于 evoCas12f 的开关，可用于激活基因而非切割。通过相同的 RNA 对接技巧募集转录激活结构域，他们在人体细胞中将目标基因的表达提高了多达数千倍。与此同时，详细的不匹配敏感性与全基因组脱靶分析显示，尽管 evoCas12f 活性很高，但某些版本可能会切割非目标位点。借助结构学见解，团队引入了额外调整，在保持强烈靶向活性的同时明显降低了脱靶事件，为更安全的治疗性变体指明了方向。

这对未来基因疗法意味着什么

对非专业读者而言，关键结论是 evoCas12f 表现得像一种紧凑的、可编程的 DNA 多功能工具：它可以切割、改写单个碱基或增强基因活性，而且能在基因组中比其前身更多的位点上执行这些任务。其小巧体积使其更易适配现有的病毒递送系统，而其集中的编辑窗口有助于限制不期望的改变。尽管在临床应用前仍需更多工作，这种工程化酶显著扩大了微型 CRISPR 技术的实际可及范围，使精确的、多位点基因疗法更接近现实。

引用: Huo, Y., Mei, J., Zhang, D. et al. Engineered Un1Cas12f1 for multiplex genome editing with enhanced activity and targeting scope. Nat Commun 17, 2918 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69678-5

关键词: CRISPR, 基因组编辑, 基因疗法, 碱基编辑, Cas12f